基于語音識別的人形機器人的設計與實現

翁劍鵬　彭軍發　 李金林　易向東

摘? ?要：本設計采用51單片機為核心，PCA9685驅動模塊，LDV7語音模塊，完成了以其為核心的語音智能的人形機器人的設計。機器人整體由51單片機，語音模塊，舵機驅動，電源和舵機結構架組成，能夠通過識別語音指令達到控制機器人的動作、姿態等的功能。

關鍵詞：單片機? 舵機? 語音模塊? 機器人

中圖分類號：TP242.6? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）06（c）-0138-02

隨著現代科技的不斷發展，機器人科技也在各個領域中得到了技術、資源的支持后有了巨大的進步。語音識別技術也是當中取得極大進展的科技之一，現今受到啟發將兩者相結合，設計一款能夠識別語音指令的機器人。為此我們結合了單片機、舵機驅動模塊與語音模塊三者為控制核心，組建了一款成本低，功能簡單但有極大拓展空間的語音控制機器人。

1? 系統總體設計方案

本設計系統結構中，主要由STC89C52RC單片機，PCA9685驅動模塊，LDV7語音模塊組成。其中51單片機是整個系統最核心核心的部分，為主要控制器，我們選用了STC89C52RC單片機為主控芯片。PCA9685驅動模塊是機器人驅動中心，LDV7語音模塊則為系統的信息接收器，通過它對外界的語音信號進行識別分析，將數據輸送給主要控制器單片機，單片機再通過得到的數據進行分析進而對PCA9685驅動模塊下達指令。系統框圖如圖1所示。

2? 硬件設計

2.1 主控芯片

主控芯片作為整個系統最重要的部分，我們選用了較為傳統的89C52RC單片機最小系統，體積小巧方便我們的使用。我們在此燒錄了控制舵機驅動模塊PCA9685的主要程序，通過51單片機的P2.1口作為SCL時鐘輸入端，P2.0口作為SDA數據輸出端，與舵機控制模塊的SCL、SDA端相連，輸出舵機的執行命令。同時整個P1端8個IO口依次與LD3320語音模塊的P1端依次相連，接受來自語音模塊通過接收到語音指令輸出的16進制的0x00～0xff的字符串。達到一個語音指令對應一個字符串輸出，對應51單片機控制舵機的一個動作，可以執行多達256個不同的指令。

2.2 語音控制

LD3320 是一顆基于非特定人語音識別技術的語音識別/聲控芯片，基于此芯片模塊我們通過預設的語音關鍵詞，即可另LD3320芯片傳出相應指令信號于主控芯片。在這里我們的語音模塊即采用了以LD3320為核心的語音控制模塊，通過接受語音指令，進而在對P1口輸出16進制字符串數據給主控芯片的P1口，主控芯片處理接收的信息進而通過I2C輸出。

2.3 舵機控制

PCA9685舵機模塊是一個內置PWM驅動器和時鐘，采用I2C協議進行通信的模塊，只要主控芯片具備I2C通信功能，就能夠讓主控芯片和PCA9685通信，實現多個舵機的同時控制。在這里我們利用PCA9685來彌補主控芯片PWM口的不足，并且更加利于控制。

3? 程序設計

根據需求，控制程序分成在主控芯片及語音芯片上的程序，動作程序與語音指令程序采用模塊化寫作子程序，只需在子程序中進行調試即可。USART串行口頭文件及程序文件編譯;內置寄存器端口頭文件編譯;模塊驅動端口頭文件及程序文件編譯;零散功能及程序文件編譯，包括函數聲明、ASR功能完善、咪頭增益、識別碼編譯。主程序流程圖如圖2所示。

4? 結語

本設計結合了單片機，語音控制及舵機控制等多種基本技術，并以此設計的語音智能的人形機器人，成本與上手難度低，適合群眾，有著更為廣泛的應用價值。也可以該設計為基礎通過對相應的結構進行改動與優化，向其他方向拓展。

參考文獻

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